Мост между мирами

Есть ли кротовые норы в нашей галактике?

Писатели-фантасты часто помещают своих вымышленных героев перед фактом необходимости пройти через кротовую нору, ведущую к другому концу галактики. Для того, чтобы это сделать, герои преодолевают огромные пространства по своеобразному туннелю, который соединяет две удаленные друг от друга точки в космическом пространстве.

Несмотря на то, что применение червоточин может показаться довольно фантастичным для реальной жизни, кротовые норы вполне согласуются с основными физическими законами нашего мироздания. Так, существование червоточин вполне согласуется с теорией относительности Эйнштейна, не нарушая ограничений скорости света, не прыгая в мультивселенную и не путешествуя во времени.

Несмотря на то, что существование кротовых нор теоретически возможно, этот факт еще совсем не означает, что они действительно существуют. Специалисты из Университета Буффало считают, что мы просто не знаем, где искать. Исследователи считают, что лучшее место для начала поиска — это центр нашей галактики Млечный Путь.

Как известно, в центре Млечного Пути, который находится на расстоянии примерно 30 тысяч световых лет от нашей планеты, скрывается сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А*, обеспечивающая экстремальную гравитационную среду, необходимую для существования червоточины. Исследователи полагают, что наличие червоточины должно оказывать заметное гравитационное влияние на близлежащие звезды.

Одна из червоточин может находиться прямо в центре нашей галактики

Деян Стойкович, автор проведенного исследования, считает, что если рядом с червоточиной на противоположных сторонах находится хотя бы по одной звезде, то каждая из них должна чувствовать гравитационное влияние звезды, которая находится на другой стороне. Таким образом, гравитационный поток звезды может пройти через червоточину, вызвав некоторые отклонения от стандартной орбиты наблюдаемого светила.

В нашей галактики исследователи выделяют звезду S2, которая вращается вокруг черной дыры. Возмущения ее орбиты могут указывать на потенциальную червоточину, которая могла разместиться в центре Млечного Пути, однако для того, чтобы подтвердить или опровергнуть данную теорию, ученым еще только предстоит проанализировать все возможные варианты возникновения подобного явления.

Вместе с тем, ученые отмечают, что даже если мы действительно сможем найти доказательства существования кротовых нор, их пропускная способность может быть недостаточной для того, чтобы пропустить сквозь себя большие объекты. Кроме того, огромное расстояние между нашей планетой и центром нашей галактики определенно может затруднить какие-либо прямые наблюдения или путешествия к столь удаленному объекту.

Материалы по теме

Темная материя и темная энергия

С другой стороны активно развиваются традиционные астрометрические обсерватории, которые сейчас охватывают весь электромагнитный спектр. Подобные обсерватории могут обнаружить неожиданные объекты или явления в ранней Вселенной (первые межзвездные облака, звезды и галактики), в случаях гравитационного линзирования или во время наблюдений экстремальных объектов (черных дыр и нейтронных звезд). Астрономия продолжает являться наиболее эффективным направлением современной физики, так как способна изучать материю в экстремальных условиях, которые не доступны в земных лабораториях и ускорителях. В частности, существующие астрономические наблюдения в электромагнитном диапазоне привели к открытию загадочной темной материи и энергии, которые на данный момент не способна описать Стандартная модель (современная физическая теория, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех известных элементарных частиц)

Другими примерами важности астрономических наблюдений в истории физики являются открытия аномального движения Меркурия, астрометрического смещения света звезд рядом с диском Солнца, а так же двойных нейтронных звезд. Эти открытия стали мотивом для создания и проверки теории относительности, а так же позволили предсказать существование гравитационных волн

Кадр из фильма “Интерстеллар”

Пространственно-временные туннели или кротовые норы являются в научной фантастике самым популярным способом перемещения к другим звездам. Можно назвать наиболее популярные фильмы на эту тему: “Интерстеллар” (2014), “Контакт” (1997), “Сквозь горизонт” (1997), франшиза “Звездные войны” (1977-2017 годы). Первым начал широко использовать термины “черная дыра” и “кротовая дыра” американский физик Джон Уилер (1911-2008 годы). Советско-российский радиоастроном Николай Кардашев первым выдвинул идею, что черные дыры в центрах галактик являются входами в кротовые норы.

Кротовая нора где находится. Кротовые норы в общей теории относительности

(ОТО) допускает существование таких туннелей, хотя для существования проходимой кротовой норы необходимо, чтобы она была заполненас отрицательной, создающей сильное гравитационное отталкивание и препятствующей схлопыванию норы. Решения типа кротовых нор возникают в различных вариантах, хотя до полного исследования вопроса ещё очень далеко.

Область вблизи самого узкого участка кротовины называется «горловиной». Кротовые норы делятся на «внутримировые» ( intra-universe ) и «межмировые» ( inter-universe ), в зависимости от того, можно ли соединить её входы кривой, не пересекающей горловину.

Различают также проходимые ( traversable ) и непроходимые кротовины. К последним относятся те туннели, которыеслишком быстро для того, чтобы наблюдатель или сигнал (имеющие скорость не выше световой) успели добраться от одного входа до другого. Классический пример непроходимой кротовины —в, а проходимой —.

Проходимая внутримировая кротовая нора даёт гипотетическую возможность, если, например, один из её входов движется относительно другого, или если он находится в сильном, где течение времени замедляется. Также кротовые норы гипотетически могут создавать возможность для межзвёздных путешествий, и в этом качестве кротовины нередко встречаются в.

Тайны Вселенной

Первая проблема для любого исследователя, решившего изучить червоточину – это найти ее. В то время как, согласно работе Эйнштейна, кротовые норы могут существовать, в реальности не найдено ни одной. В конце концов, может оказаться и так, что существование червоточен запрещено каким-то более глубоким физическим процессом, которому подчиняется Вселенная, но мы этого пока не обнаружили.

Вторая проблема заключается в том, что, несмотря на годы исследований, ученые до сих пор не совсем уверены, как будут работать червоточины. Может ли какая-либо технология когда-либо создать кротовые норы и управлять ими, или же эти гипотетические объекты просто часть Вселенной? Остаются ли они открытыми всегда или их можно пройти только в течение ограниченного времени? И, возможно, самое главное – достаточно ли они стабильны, чтобы позволить человеку путешествовать сквозь них? Ответов на все эти вопросы мы просто не знаем.

Возможно внеземные цивилизации вовсю бороздят вселенную

Но это не значит, что ученые не работают над этим. Несмотря на отсутствие реальных кротовых нор для изучения, исследователи могут моделировать и проверять уравнения Эйнштейна. Так, NASA официально проводило исследования червоточин на протяжении десятилетий, и только в 2019 году команда агентства описала, каким может быть это путешествие.

Эта касалось одной из самых популярных концепций червоточин, причем черные дыры служили в качестве входного отверстия. Но черные дыры, как известно, опасны и могут поглотить любого, кто подойдет слишком близко. Оказывается, однако, что некоторые черные дыры могут позволить объектам проходить через них относительно легко. Это позволило бы путешественнику исследовать пространство за ее пределами и, таким образом, устранить одно из самых больших препятствий для входа в такую червоточину. Но опять же, это только в том случае, если кротовые норы существуют.

Поэтому, пока мы не найдем настоящую червоточину для изучения или не поймем, что они не могут помочь нам исследовать Вселенную, придется все делать по старинке: отправляя ракеты в дальний путь, а наши умы – в воображаемые приключения.

Путешествие сквозь кротовую нору

В научной фантастике нередко встречается, что главные герои путешествуют сквозь кротовые норы. Но в реальности такое путешествие далеко не такое простое, как это показывают в фильмах и рассказывают в фантастической литературе.

Первая проблема, которая окажется на пути возможности таких путешествий, это размер кротовых нор. Считается, что самые первые кротовые норы были очень маленького размера, порядка 10-33 сантиметров, но за счет расширения Вселенной появилась вероятность того, что вместе с ней расширялись и увеличивались и сами червоточины. Другой проблемой, связанной с червоточинами, является их стабильность. А точнее, нестабильность.

Объясняемые теорией Эйнштейна-Розена кротовые норы будут бесполезны для пространственно-временных путешествий, потому что они очень быстро коллапсируют (закрываются). Но более свежие исследования этих вопросов подразумевают наличие «экзотической материи», которая позволяет норам сохранять свою структуру на более продолжительный промежуток времени.

Эта экзотическая материя, которую не следует путать с черной материей и антиматерией, состоит из энергии отрицательной плотности и колоссального отрицательного давления. Упоминание такой материи присутствует лишь в некоторых теориях вакуума в рамках квантовой теории поля.

И все же теоретическая наука считает, что если кротовые норы будут содержать достаточное количество этой экзотической энергии, которая либо появилась натуральным образом, либо появится искусственным образом, то возникнет возможность передачи информации или даже объектов через пространство-время.

Те же гипотезы предполагают, что кротовые норы могут соединять не только две точки в рамках одной вселенной, но и являться входом в другие. Некоторые ученые считают, что если переместить определенным образом один вход червоточины, то появится возможность путешествия во времени. Но, например, знаменитый британский космолог Стивен Хокинг считает, что такое использование червоточин невозможно.

Тем не менее некоторые научные умы настаивают, что если стабилизация кротовых нор за счет экзотической материи будет действительно возможна, то появится и возможность для безопасного путешествия людей сквозь такие кротовые норы. А за счет «обычной» материи, при желании и необходимости, такие порталы можно будет обратно дестабилизировать.

К сожалению, сегодняшних технологий человечества недостаточно для того, чтобы кротовые норы можно было искусственно увеличивать и стабилизировать, на тот случай, если они все-таки будут обнаружены. Но ученые продолжают исследовать концепции и методы для быстрых космических путешествий и, возможно, однажды наука придет к правильному решению.

Перспективы гравитационно-волновой и нейтринной астрономии

Теоретическая модель рождения нашей Вселенной

Наибольшими перспективами в изучении свойств материи на самом микроскопическом и высокоэнергетическом уровне для лучшего понимания квантовой гравитации обладает гравитационно-волновая и нейтринная астрономия за счет того что она изучает волны и частицы с наибольшей проникающей способностью. Так если микроволновое реликтовое излучение Вселенной образовалось через 380 тысяч лет после Большого взрыва, то реликтовые нейтрино в первые несколько секунд, а реликтовые гравитационные волны всего через 10-32 секунд! Кроме того большими перспективами обладают регистрации подобных излучений и частиц с горизонта событий черных дыр или у катастрофических событий (слияния нейтронных звезд и черных дыр, коллапсов массивных звезд).

Кадр из фильма “Интерстеллар”

https://youtube.com/watch?v=rIWBBgyJ7Ro

Мифы и легенды о кротовых норах

Китайская мифология — Дао и Шен. В китайской мифологии существует концепция Дао — пути, который соединяет все вещи во Вселенной, и Шен — ворота, открытые для путешествий между мирами.
Аборигенские мифы — Пути душ. В разных культурах аборигенов существуют мифы о путях душ, которые соединяют мир живых с миром предков или духов.
Фантастическая литература — “Червоточина” Кипа Тинга. В рассказе “Червоточина” американского писателя Кипа Тинга рассказывается о герое, который обнаруживает кротовую нору, позволяющую перемещаться во времени и пространстве.
Научно-фантастические произведения. Множество научно-фантастических романов, фильмов и сериалов, таких как “Чужие” и “Стрелок”, также используют концепцию червоточин для создания уникальных историй и миров.

Экзоматерия и темная энергия

Экзотические свойства материи, которыми должен обладать строительный материал для кротовых нор, как выясняется, могут быть реализованы за счет так называемой поляризации вакуума квантовых полей. К такому выводу недавно пришли российские физики Аркадий Попов и Сергей Сушков из Казани (совместно с Давидом Хохбергом из Испании) и Сергей Красников из Пулковской обсерватории. И в данном случае вакуум вовсе не пустота, а квантовое состояние с наименьшей энергией поле без реальных частиц. В нем постоянно появляются пары «виртуальных» частиц, которые снова исчезают раньше, чем их можно было бы обнаружить приборами, но оставляют свой вполне реальный след в виде некоторого тензора энергии-импульса с необычными свойствами.

И хотя квантовые свойства материи проявляются главным образом в микромире, порождаемые ими кротовые норы (при некоторых условиях) могут достигать весьма приличных размеров. Кстати, одна из статей С. Красникова носит «пугающее» название «Угроза кротовых нор». Самым интересным в этой чисто теоретической дискуссии является то, что реальные астрономические наблюдения последних лет, похоже, сильно подрывают позиции противников возможности самого существования кротовых нор.

Астрофизики, изучая статистику взрывов сверхновых в галактиках, удаленных от нас на миллиарды световых лет, сделали вывод, что наша Вселенная не просто расширяется, а разлетается со все большей скоростью, то есть с ускорением. Более того, со временем это ускорение даже нарастает. Об этом достаточно уверенно говорят самые последние наблюдения, проведенные на новейших космических телескопах. Ну а теперь самое время вспомнить о связи между материей и геометрией в ОТО: характер расширения Вселенной накрепко связан с уравнением состояния материи, иными словами, с соотношением между ее плотностью и давлением. Если материя обычная (с положительными плотностью и давлением), то сама плотность со временем падает, а расширение замедляется.

Если же давление отрицательно и равно по величине, но противоположно по знаку плотности энергии (тогда их сумма = 0), то такая плотность постоянна во времени и пространстве это так называемая космологическая постоянная, которая приводит к расширению с постоянным ускорением.

Но чтобы ускорение росло со временем, и этого недостаточно сумма давления и плотности энергии должна быть отрицательной. Такую материю никто и никогда не наблюдал, однако поведение видимой части Вселенной, похоже, сигнализирует о ее присутствии. Расчеты показывают, что такой вот странной, невидимой, материи (названной «темной энергией») в настоящую эпоху должно быть около 70%, и эта доля постоянно увеличивается (в отличие от обычного вещества, которое с увеличением объема теряет плотность, темная энергия ведет себя парадоксально Вселенная расширяется, а ее плотность растет). Но ведь (и мы об этом уже говорили) именно такая экзотическая материя самый подходящий «стройматериал» для образования кротовых нор.

Так и тянет пофантазировать: рано или поздно темная энергия будет обнаружена, ученые и технологи научатся ее сгущать и строить кротовые норы, а там недалеко и до «сбычи мечт» о машинах времени и о тоннелях, ведущих к звездам… Правда, несколько расхолаживает оценка плотности темной энергии во Вселенной, обеспечивающей ее ускоренное расширение: если темная энергия распределена равномерно, получается совершенно ничтожная величина около 10-29 г/см3. Для обычного вещества такая плотность соответствует 10 атомам водорода на 1 м3. Даже межзвездный газ в несколько раз плотнее. Так что если этот путь к созданию машины времени и может стать реальным, то очень и очень не скоро.

Пульсары: фактор маяка

По сути пульсар – это быстро вращающаяся нейтронная звезда. Нейтронная звезда – это сильноуплотненное ядро мертвой звезды, оставшееся после взрыва сверхновой. Эта нейтронная звезда обладает мощным магнитным полем. Это магнитное поле около одного триллиона раз сильнее магнитного поля Земли . Магнитное поле заставляет нейтронную звезду излучать от ее северного и южного полюсов сильные радиоволны и радиоактивные частицы. Эти частицы могут включать в себя различные излучения, в том числе и видимый свет.

Пульсары, которые излучают мощные гамма-лучи, известны как пульсары гамма-лучей. Если нейтронная звезда располагается своим полюсом к Земле, то мы можем видеть радиоволны каждый раз, как только один из полюсов попадает в наш ракурс. Этот эффект очень похож на эффект маяка. Неподвижному наблюдателю кажется, что свет вращающегося маяка постоянно мигает, то пропадая, то появляясь опять. Таким же образом нам кажется, что пульсар мигает, когда он вращается своими полюсами относительно Земли. Разные пульсары издают импульсы разной скорости, в зависимости от размера и массы нейтронной звезды. Иногда пульсар может иметь спутника. В некоторых случаях он может притягивать своего спутника, что заставляет вращаться его еще быстрее. Самые быстрые пульсары могут издавать более ста импульсов в секунду.

Кротовая нора интерстеллар. Реальна ли кротовая нора в фильме Interstellar?

Научно-фантастические фанаты надеются, что человечество в один прекрасный день сможет отправиться в отдаленные уголки Вселенной через кротовую нору.

Кротовая нора – теоретический туннель через пространство-время, который потенциально позволит быстрее путешествовать между удаленными точками в пространстве – от одной галактике к другой, например, как это было показано в фильме Кристофера Нолана «Interstellar», который вышел в прокат в кинотеатрах по всему миру в начале этого месяца.

В то время как согласно теории общей относительности Эйнштейна существование червоточин возможно, такие экзотические путешествия, вероятно, так и останутся в области научной фантастики, заявил известный астрофизик Кип Торн из Калифорнийского технологического института в Пасадене, который служил в качестве советника и исполнительного продюсера «Interstellar».

«Смысл в том, что мы просто ничего о них не знаем», — сказал Торн, который является одним из ведущих мировых специалистов в области теории относительности, черных дыр и кротовых нор. «Но существуют очень сильные признаки того, что человек по законам физики не сможет путешествовать через них».

«Основная причина связана с нестабильностью кротовых нор», — добавил он. «Стены кротовых нор разрушаются так быстро, что ничто не способно пройти через них».

Удержание червоточин открытыми потребует использование чего-то анти-тяготеющего, а именно отрицательную энергию. Отрицательная энергия была создана в лаборатории с помощью квантовых эффектов: одна область пространства получает энергию другой области, в которой образуется дефицит.

«Так что это в теории возможно», — сказал он. «Но мы никогда не сможем получить достаточно негативной энергии, которая способна будет удерживать стены червоточины открытыми».

Кроме того, червоточины (если они вообще существуют) почти наверняка не могут образоваться естественным образом. То есть, они должны быть созданы с помощью развитой цивилизации.

Это именно то, что и случилось в «Interstellar»: Загадочные существа построили червоточину возле Сатурна, позволив небольшой группе пионеров, во главе с бывшим фермером Купер (роль которого исполняет Мэттью МакКонахи), отправиться в поисках нового дома для человечества, существование которому на Земле угрожает глобальный неурожай.

Лица, заинтересованные в получении дополнительной информации о науке в фильме «Interstellar», где рассматриваются вопросы о гравитационном замедление и изображены несколько чужеродных планет, вращающихся вокруг близко расположенной, могут прочитать новую книгу Торна, которая недвусмысленно называется «Наука из Interstellar».

Кротовая нора – что это?

Кротовая нора, или червоточина, (червиная дыра) – это гипотетическая концепция в теоретической физике, предполагающая существование короткого, туннельного, пути сквозь пространство-время, соединяющего две отдельные точки во Вселенной или даже разные вселенные. Червоточину часто изображают как своего рода туннель с входом и выходом, позволяющим практически мгновенно переместиться между далекими местами космоса.

Идея кротовых нор происходит из уравнений общей теории относительности, предложенных Альбертом Эйнштейном. В этих уравнениях существуют решения, которые теоретически предполагают развитие таких структур, однако фактически они не были замечены или подтверждены научно.

Кротовую нору можно представить как “трубу”, соединяющую два разных региона пространства-времени. Ее геометрия напоминает воронку или туннель. Один «рот» червоточины расположен в одном месте в пространстве-времени, в то время как другой «рот» находится в другом месте, потенциально на расстоянии нескольких световых лет. Эти рты соединяются “горловиной”, которая является самой узкой частью туннеля.

Важно понимать несколько ключевых моментов относительно кротовых нор:

Сокращение Пространства-Времени. Червоточина сокращает расстояние между двумя далекими точками в пространстве или даже временные моменты, что позволяет переместиться быстрее света. Эта концепция предполагает червоточину, как потенциальное средство межзвездного путешествия или путешествия во времени.

Экзотическая Материя. Теоретическая стабильность червоточины требует существования экзотической материи с отрицательной плотностью энергии, которая бы противодействовала гравитационным силам, стремящимся свернуть червоточину. Однако экзотической материи с такими свойствами не существует, а ее функциональная активность остается спекулятивной.
Проходимость и Непроходимость. Кротовые норы можно разделить на “проходимые” и “непроходимые”. Проходимые позволяют материи проходить сквозь них, не разрушаясь под воздействием экстремальных сил, в то время как непроходимые червоточины либо быстро сворачиваются, либо запрещают прохождение материи.
Парадоксы Времени. Если червоточины позволяют путешествие во времени, это вызывает вопросы о парадоксах, таких как знаменитый “парадокс дедушки”, когда человек может вернуться в прошлое и предотвратить встречу своих собственных дедушки и бабушки, тем самым отменив свое собственное рождение.
Теоретическая Спекуляция. В то время как идея червоточины предлагает захватывающие возможности для исследования природы пространства-времени и потенциала межзвездных путешествий и манипуляций временем, ее реальное существование и свойства пока не доказаны и остаются предметом исследований и спекуляций в рамках теоретической физики.